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Mechanical properties and influence mechanism of confined concrete arches in high-stress tunnels

International Journal of Mining Science and Technology 2023年第7期33卷 829-841页

作者： Bei Jiang zhongxin xin Xiufeng Zhang Yusong Deng Mingzi Wang Shidong Li Wentao Ren State Key Laboratory for Geo-mechanics and Deep Underground Engineering China University of Mining and Technology-BeijingBeijing 100083China State Key Laboratory of Explosion Science and Technology Beijing Institute of TechnologyBeijing 100081China Research Center of Geotechnical and Structural Engineering Shandong UniversityJinan 250061China Shandong Energy Group Co. Ltd.Jinan 250014China

Deep underground projects(e.g., coal mines), are often faced with complex conditions such as high stress and extremely soft rock. The strength and rigidity of the traditional support system are often insufficient,which makes it difficult to meet the requirements of ground control under complex conditions. As a new support form with high strength and rigidity, the confined concrete arch plays an important role in controlling the rock deformation under complex conditions. The section shape of the tunnel has an important impact on the mechanical properties and design of the support system. However, studies on the mechanical properties and influence mechanism of the new confined concrete arch are rarely reported. To this end, the mechanical properties of traditional U-shaped steel and new confined concrete arches are compared and comparative tests on arches of circular and straight-leg semicircular shapes in deep tunnels are conducted. A large mechanical testing system for underground engineering support structure is developed. The mechanical properties and influence mechanism of confined concrete arches with different section shapes under different loading modes and cross-section parameters are systematically studied. Test results show that the bearing capacity of the confined concrete arch is 2.10 times that of the U-shaped steel arch, and the bearing capacity of the circular confined concrete arch is 2.27 times that of the straight-leg semicircular arch. Among the various influencing factors and their engineering parameters,the lateral stress coefficient has the greatest impact on the bearing capacity of the confined concrete arch,followed by the steel pipe wall thickness, steel strength, and core concrete strength. Subsequently, the economic index of bearing capacity and cost is established, and the optimization design method for the confined concrete arch is proposed. Finally, this design method is applied to a high-stress tunnel under complex conditions, and the d

关键词： High-stress tunnel Confined concrete arch Section shape Mechanical properties Design method

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Charge self-consistent dynamical mean field theory calculations incombination with linear combination of numerical atomic orbitalsframework based density functional theory

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Chinese Physics B 2024年第10期33卷 62-69页

作者： xin Qu Peng Xu Zhiyong Liu Jintao Wang Fei Wang Wei Huang zhongxin Li Weichang Xu xinguo Ren Qingzhou High Technology Institute Weifang 262500China Rocket Force University of Engineering Xi’an 710025China Beijing Research Institute of High Technology Beijing 100077China Institute of Physics Chinese Academy of SciencesBeijing 100190China

We present a formalism of charge self-consistent dynamical mean field theory(DMFT)in combination with densityfunctional theory(DFT)within the linear combination of numerical atomic orbitals(LCNAO)*** implementedthe charge self-consistent DFT+DMFT formalism by interfacing a full-potential all-electron DFT code with threehybridization expansion-based continuous-time quantum Monte Carlo impurity *** benchmarks on several 3d,4fand 5f strongly correlated electron systems validated our formalism and ***,within the LCANOframework,our formalism is general and the code architecture is extensible,so it can work as a bridge merging differentLCNAO DFT packages and impurity solvers to do charge self-consistent DFT+DMFT calculations.

关键词： dynamical mean field theory density functional theory strongly correlated electrons

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地下工程约束混凝土支护理论与技术研究进展

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煤炭学报 2020年第8期45卷 2760-2776页

作者：王琦许硕江贝李术才肖宇驰辛忠欣刘博宏山东大学岩土工程中心山东济南250061 中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 山东天勤工程科技有限公司山东菏泽274799

随着我国地下工程的迅速发展,建设规模不断扩大,工程建设过程中面临大量高应力、极软岩、强采动和断层破碎带等复杂条件,导致围岩变形严重、控制困难,联合支护是复杂条件围岩有效控制的必然选择。工程实践表明,拱架作为联合支护的最后... 详细信息

随着我国地下工程的迅速发展,建设规模不断扩大,工程建设过程中面临大量高应力、极软岩、强采动和断层破碎带等复杂条件,导致围岩变形严重、控制困难,联合支护是复杂条件围岩有效控制的必然选择。工程实践表明,拱架作为联合支护的最后一道防线,其承载能力不足导致冒顶、塌方等事故频发。约束混凝土支护具有承载能力高、塑性韧性好、经济性能优等特点,近年来在矿山工程与隧道工程等领域得到了广泛应用。众多学者在室内试验、理论研究、设计方法、现场施工等方面进行了系统研究。在室内试验方面,进行了约束混凝土基本构件与拱架的力学性能试验研究,为约束混凝土拱架承载力计算理论与设计方法提供了依据。在理论研究方面,建立了拱架内力计算模型,形成了约束混凝土支护强度计算理论。在设计方法方面,进行了约束混凝土拱架整体选型设计、核心混凝土设计、灌注口与排气口设计、节点设计以及拱架间距与纵向连接设计研究。在现场施工方面,形成了矿山巷道复合施工与交通隧道机械施工两大类工法,研发了成套关键技术与装备。对上述研究内容进行了总结,同时对下一步约束混凝土体系设计、施工与验收规范制定以及在交通、水利、市政等不同工程领域的推广应用方面进行了展望。

关键词：地下工程约束混凝土支护设计方法施工工艺现场应用

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无煤柱自成巷三维地质力学模型试验系统研制与工程应用

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岩石力学与工程学报 2020年第8期39卷 1582-1594页

作者：王琦江贝辛忠欣何满潮李术才张朋王悦蒋振华中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 山东大学岩土工程中心山东济南250061 中国矿业大学(北京)深地空间科学与工程研究院北京100083 山东天勤工程科技有限公司山东菏泽274799

切顶卸压无煤柱自成巷技术是一种新型煤炭开采方法,利用矿山压力做功与岩体碎胀特性自动形成巷道,实现了煤炭开采无巷道掘进、无煤柱留设。为深入研究无煤柱自成巷开采全过程的覆岩运动机制、矿压显现规律与自成巷变形破坏机制,自主研... 详细信息

切顶卸压无煤柱自成巷技术是一种新型煤炭开采方法,利用矿山压力做功与岩体碎胀特性自动形成巷道,实现了煤炭开采无巷道掘进、无煤柱留设。为深入研究无煤柱自成巷开采全过程的覆岩运动机制、矿压显现规律与自成巷变形破坏机制,自主研发了切顶卸压无煤柱自成巷三维地质力学模型试验系统,由反力液压加载系统、自动采煤成巷系统和高精实时监测系统组成。试验系统配备无煤柱自成巷推采、切缝、成巷等核心工艺的成套模拟试验装置,实现无煤柱自成巷采掘留一体化开采全过程的真实模拟与完整工作面矿压规律的监测分析,通过组合式反力装置,可开展5.5 m×2.4 m×3.0 m(长×高×宽)以内不同尺寸模型体的地质力学模型试验。以我国首个N00工法工作面——柠条塔煤矿S1201–II工作面为工程背景,利用该试验系统开展了无煤柱自成巷工艺中最复杂的N00工法的三维地质力学模型试验,揭示了N00工法开采的矿压显现规律,得到了自成巷围岩变形控制机制,明确了自成巷关键破坏部位,提出了相应的工程建议,指导了现场设计与应用。现场试验与模型试验结果相一致,验证了模型试验系统研发与应用的合理性与有效性。

关键词：采矿工程无煤柱自成巷地质力学模型试验试验系统研发 N00工法现场应用

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基于抗震性能的某工程不等跨钢框架节点构造方案研究

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建筑科学 2019年第5期35卷 142-146页

作者：戴素娟侯世谨张树辉辛忠欣山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室

为给山东单县某不等跨钢框架结构综合楼选择合理的抗震节点构造方案,参照《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ 99-2015)中的相关规定,以该项目中不等跨梁与柱的连接节点为研究对象,利用ABAQUS软件建立了一个中柱两侧采用相等梁高的普通... 详细信息

为给山东单县某不等跨钢框架结构综合楼选择合理的抗震节点构造方案,参照《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ 99-2015)中的相关规定,以该项目中不等跨梁与柱的连接节点为研究对象,利用ABAQUS软件建立了一个中柱两侧采用相等梁高的普通节点模型和两个中柱两侧采用不等梁高的异型节点模型(其一为梁柱直接连接,另一为加腋连接),分别对三种节点模型进行滞回性能与骨架曲线、延性及耗能性能分析。结果显示:加腋异型节点与普通节点的抗震性能基本相同,且优于直接连接异型节点;加腋异型节点的塑性铰位置有所外移。为此,建议该工程框架节点选用加腋异型节点构造方案。

关键词：钢结构节点构造节点抗震有限元分析

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多功能观光温室结构加腋异型节点抗震性能研究

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中国农机化学报 2019年第7期40卷 40-44页

作者：戴素娟侯世谨赵新伟辛忠欣张树辉潍坊科技学院建筑工程学院山东潍坊262700 山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛266590

为更好地满足使用功能要求,提出将加腋异型节点应用于多功能观光温室结构中。通过ABAQUS软件建立2个加腋异型节点与1个普通异型节点并对其进行有限元分析,研究普通构造、单侧梁下加腋与双侧梁下加腋时,节点的塑性发展、滞回性能与骨架... 详细信息

为更好地满足使用功能要求,提出将加腋异型节点应用于多功能观光温室结构中。通过ABAQUS软件建立2个加腋异型节点与1个普通异型节点并对其进行有限元分析,研究普通构造、单侧梁下加腋与双侧梁下加腋时,节点的塑性发展、滞回性能与骨架曲线、刚度退化及耗能性能。结果表明:低周往复荷载下,3种节点滞回曲线饱满,均有良好的抗震能力和耗能能力;加腋可使节点梁端塑性铰外移,加腋构造的刚度退化比普通构造出现稍晚,双侧加腋比单侧加腋较普通节点能更有效提高节点的屈服荷载和抗震性能。

关键词：温室结构钢结构加腋节点节点抗震有限元分析

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约束混凝土拱架力学特性与截面设计方法研究

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采矿与安全工程学报 2023年第2期40卷 243-250页

作者：王琦刘悦辛忠欣魏华勇江贝王鸣子李东浩冯耀霞赵梦薇山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061 中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083

随着地下工程逐渐向深部发展,传统支护体系难以满足复杂条件下的支护需求,约束混凝土拱架具有良好的承载特性,在地下工程中逐渐被广泛应用,但截面特性对约束混凝土拱架力学性能的影响机制尚未明确。对比分析常见的方钢约束混凝土(SQCC)... 详细信息

随着地下工程逐渐向深部发展,传统支护体系难以满足复杂条件下的支护需求,约束混凝土拱架具有良好的承载特性,在地下工程中逐渐被广泛应用,但截面特性对约束混凝土拱架力学性能的影响机制尚未明确。对比分析常见的方钢约束混凝土(SQCC)、圆形约束混凝土(CCC)与U36全比尺拱架力学性能,研究各拱架的承载性能和变形破坏机制。对不同壁厚的SQCC,CCC和不同长宽比的矩形约束混凝土(RCC)拱架进行数值试验,研究截面形状、尺寸对约束混凝土拱架力学性能的影响机制。研究表明,在截面用钢量相同的情况下,拱架截面面积越大,承载能力越强,且SQCC,RCC拱架的力学性能优于CCC拱架。在此基础上,提出约束混凝土拱架截面设计方法。

关键词：地下工程约束混凝土拱架支护力学性能截面设计

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农业光伏局地气候效应研究

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太阳能学报 2024年第5期45卷 450-457页

作者：罗小林罗久富罗忠新吴赛男隋欣中国水利水电科学研究院北京100038 国家水电可持续发展研究中心北京100038

光伏场区农林土地综合利用亟需探索局地气候(含农田小气候)特征与变化规律。利用光伏电站自动气象观测系统,基于1个自然年阵列下方种植区、阵列上方、场外对照区逐30分钟连续高精度气象观测数据,开展地-气-农林-光伏复合项目局地气候效... 详细信息

光伏场区农林土地综合利用亟需探索局地气候(含农田小气候)特征与变化规律。利用光伏电站自动气象观测系统,基于1个自然年阵列下方种植区、阵列上方、场外对照区逐30分钟连续高精度气象观测数据,开展地-气-农林-光伏复合项目局地气候效应研究。结果表明:光伏阵列显著削弱阵列上方净辐射,阵列下方种植区白昼净辐射为负值,并以有效辐射形式损失热量;阵列下方种植区反照率为0.32~0.45,比场外对照区显著提高;光伏阵列具有增温、增湿作用,日均升温0.23℃,白昼升温最高达0.83℃,日均增湿2%;但是,阵列下方种植区秋季气温日较差降低可高达5.06℃,不利于作物有机质和糖分积累,因此农林复合型光伏土地综合利用需关注阵列下方农田小气候气温日较差的改善。采用静风频率定量识别光伏阵列对风场的影响,结果表明阵列下方和阵列上方静风频率分别比场外对照区提高50%和7%。上述研究成果可为农林复合型光伏项目土地综合利用提供科技支撑。

关键词：空间分布光伏阵列太阳辐射农田小气候农业光伏

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不同植被恢复类型下土壤碳含量对光伏组件遮阴的响应

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西北农林科技大学学报（自然科学版） 2024年第9期52卷 147-154页

作者：罗忠新黎慜王涛罗久富隋欣中国水利水电科学研究院北京100038 国家水电可持续发展研究中心北京100038 中国三峡新能源(集团)股份有限公司北京101100 国家电投云南国际电力投资有限公司云南昆明650228

【目的】探究云南石漠化脆弱区光伏场区不同植被恢复类型下,土壤微生物量碳(MBC)、可浸提有机碳(EOC)及总碳(TC)含量对光伏组件遮阴的响应特征,以期为石漠化脆弱区光伏电站退化土地生态恢复中的植被选型优化提供科学依据。【方法】2021... 详细信息

【目的】探究云南石漠化脆弱区光伏场区不同植被恢复类型下,土壤微生物量碳(MBC)、可浸提有机碳(EOC)及总碳(TC)含量对光伏组件遮阴的响应特征,以期为石漠化脆弱区光伏电站退化土地生态恢复中的植被选型优化提供科学依据。【方法】2021年10月,在云南省昆明市东川光伏电站内,选取黄金菊(Euryops pectinatu)和红花檵木(Loropetalum chinense ***)2种人工建植植被样地,分别在每个样地的光伏板间(IP)、前檐(FP)、后檐(RP)、板下(UP)设置4个平行采样带,并以未受电站建设干扰的场外草地(以黄茅(Heteropogon contortus)为优势物种群落)样地作为对照(CK),测定2种植被恢复类型下光伏场区不同位置的光照强度以及表层(0~20 cm)的土壤温度、土壤碳(TC、MBC、EOC)含量以及土壤理化性质(pH、电导率、含水量),并分析光照强度、土壤温度、土壤碳含量以及土壤理化性质间的相关性。【结果】光伏场区不同位置的光照强度在07:00-19:00差异明显,且光照强度由大到小表现为对照>板间>前檐>后檐>板下,其中对照、后檐及板下位置的光照强度日变化均呈单峰变化,而板间和前檐位置的日变化均呈双峰变化趋势。场外的土壤温度明显高于光伏场区内,光伏场区不同位置的土壤温度差异较小。植被类型和光伏场区不同位置的光照异质性对土壤碳含量均有显著影响。在黄金菊样地,场区不同位置的土壤微生物量碳含量均较对照显著升高,其中前檐位置的土壤微生物量碳含量最高;在红花檵木样地,除了板间位置的土壤微生物量碳含量较对照显著降低外,其他位置均显著升高。2种植被恢复类型下不同位置土壤pH与对照无显著差异,土壤含水量和电导率均显著高于对照。相关性分析结果表明,光照强度与土壤微生物量碳含量和土壤含水量呈显著负相关,与可浸提有机碳含量、电导率、土壤温度呈显著正相关;土壤含水量与土壤可浸提有机碳和总碳含量均呈显著负相关(P<0.05)。【结论】在石漠化脆弱区的光伏场区,光伏组件遮阴与植被恢复均有利于提高土壤微生物量碳含量,但对可浸提有机碳和总碳含量的影响有一定差异,其中黄金菊样地的土壤可浸提有机碳和总碳含量明显高于对照。若短期内想达到较好的恢复效果,应优先选用黄金菊进行植被恢复。

关键词：石漠化脆弱区光伏电站植被恢复光照强度土壤碳含量

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玻璃纤维滤材的疏水改性及过滤性能

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材料工程 2024年第4期52卷 200-208页

作者：陈欣俞杰李永国李昕林中鑫裴鉴禄郑芹刘涛张昭辰刘经国张继荣中国辐射防护研究院太原030006

闭式循环过程会产生大量放射性气溶胶,其高湿、高酸、高放射性的特点导致基于玻璃纤维滤材的高效过滤器失效快、更换频率高。为解决上述问题,提出对传统的玻璃纤维滤材进行疏水性改性,以提高玻璃纤维滤材对苛刻工况的耐受性。利用低表... 详细信息

闭式循环过程会产生大量放射性气溶胶,其高湿、高酸、高放射性的特点导致基于玻璃纤维滤材的高效过滤器失效快、更换频率高。为解决上述问题,提出对传统的玻璃纤维滤材进行疏水性改性,以提高玻璃纤维滤材对苛刻工况的耐受性。利用低表面能改性剂(聚二甲基硅氧烷)对滤材进行化学性疏水性改性,通过引用SiO_(2)纳米颗粒物进行微结构构造,进一步改善疏水效果。借助SEM、FTIR、接触角测量仪等手段对改性效果进行了分析,并进一步研究了改性滤材的过滤性能。研究结果表明:改性方案能够有效改善玻璃纤维滤材的疏水性,并提高其耐湿性;单纯化学改性滤材的静态接触角可达146°,引入SiO_(2)纳米颗粒物后改性滤材的接触角超过150°;当改性剂中聚二甲基硅氧烷质量分数为2.0%、SiO_(2)纳米颗粒物质量分数为0.5%时,所得GF-PS-0.5滤材展现出最优的耐酸性,主要源于化学性疏水和结构性疏水的有效协同;GF-PS-0.5在经受足量的γ照射后,疏水性保持稳定,表明其良好的耐辐照性;改性滤材仍然保持了优异的过滤性能,其过滤效率超过99.99%。改性过程在提高滤材耐受性的同时,没有影响其过滤性能,展现出良好的应用前景。

关键词：闭式循环玻璃纤维滤材疏水改性耐酸性耐辐照性

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